命题1以重力势能驱动的具有方向控制功能的自行小车功能

附件1

命题1：以重力势能驱动的具有方向控制功能的自行小车

1．功能设计要求

给定一重力势能，根据能量转换原理，设计一种可将该重力势能转换为机械能并可用来驱动小车行走的装置。该自行小车在前行时能够自动避开赛道上设置的障碍物（每间隔1米，放置一个直径20mm、高200mm的弹性障碍圆棒）。以小车前行距离的远近、以及避开障碍的多少来综合评定成绩。

给定重力势能为5焦耳（取g=10m/s2），竞赛时统一用质量为1Kg的重块（￠50×65 mm，普通碳钢）铅垂下降来获得，落差500±2mm，重块落下后，须被小车承载并同小车一起运动，不允许掉落（见图1和图2）。

要求小车前行过程中完成的所有动作所需的能量均由此能量转换获得，不可使用任何其他的能量形式。

小车要求采用三轮结构（1个转向轮，2个驱动轮），具体结构造型以及材料选用均由参赛者自主设计完成。要求满足：①小车上面要装载一件外形尺寸为￠60×20 mm的实心圆柱型钢制质量块作为载荷，其质量应不小于750克；在小车行走过程中，载荷不允许掉落。②转向轮最大外径应不小于￠30mm。

参赛者需要提交关于作品的设计说明书和工程管理方案、加工工艺方案及成本分析方案报告。

要求参赛者在自制的载荷质量块上自主设计并加工出反映本届竞赛主题的徽标。参赛队参赛时同时提交徽标设计说明（篇幅限制为A4纸一张，文字部分的字数不超过300字，内容包括创意、材料、制作说明），作为评分点之一。

2．本校制作：以参赛小组为单位，每组不多于3人。按照预赛阶段的要求，在各自所在的学校内，自主设计相关结构，图片和动画。通过学校选拔比赛，决定1-2项参加省级分区赛的项目，并制作出全部零件。

3．省分区赛内容：加载符合本命题规定的比赛载荷质量块，在硬质水平地面（例如光滑的水泥地面、水磨石地面或室内标准球赛地板等）的指定赛道上进行比赛，小车需按规定绕过各个障碍。行走绕过的障碍越多，得分越高。每个参

赛项目只能出一辆小车参加比赛，每车有二次机会，取二次成绩中最高分作为最终得分。

转向轮的制作采用根据原设计图纸和工艺要求，可以选择经计算机三维造型后，使用快速成型机制作、或者采用其他加工方法制造，应提供全部加工过程视频（10分钟内）。以快速成型制作的将适当加分。

4．省分区赛成绩：以小车的结构设计特色、徽标设计、自动行走比赛时的前行距离、提交的报告以及现场问辨情况，根据加权公式计算得出最终比赛得分（具体平分标准待评委会讨论后在相关网站上公布）。

图1：小车示意图

图2：小车在重力势能作用下自动行走示意图

附件2

命题2：以太阳能驱动的具有方向控制功能的自行小车

1．功能设计要求

给定一定尺寸的太阳能电池板，根据光-电转换原理，设计一种可将该光能转换为电能并可用来驱动小车行走的装置。该自行小车在前行时能够自动避开赛道上设置的障碍物（每间隔1米，放置一个直径20mm、高200mm的弹性障碍圆棒）。以小车前行距离的远近、以及避开障碍的多少来综合评定成绩。

给定太阳能电池板的面积不大于0.1m2，竞赛时统一用电容为10μF 的电容器，不能用蓄电池。

要求小车前行过程中完成的所有动作所需的能量均由此能量转换获得，不可使用任何其他的能量形式。

小车要求采用三轮结构（1个转向轮，2个驱动轮），具体结构造型以及材料选用均由参赛者自主设计完成。要求满足：①小车上面要装载一件外形尺寸为￠60×20 mm的实心圆柱型钢制质量块作为载荷，其质量应不小于750克；在小车行走过程中，载荷不允许掉落。②转向轮最大外径应不小于￠30mm。（见图1-2）

参赛者需要提交关于作品的设计说明书和工程管理方案、加工工艺方案及成本分析方案报告。

要求参赛者在自制的载荷质量块上自主设计并加工出反映本届竞赛主题的徽标。参赛队参赛时同时提交徽标设计说明（篇幅限制为A4纸一张，文字部分的字数不超过300字，内容包括创意、材料、制作说明），作为评分点之一。

2．本校制作：以参赛小组为单位，每组不多于3人。按照预赛阶段的要求，在各自所在的学校内，自主设计相关结构，图片和动画。通过学校选拔比赛，决定1-2项参加省级分区赛项目，并制作出全部零件。

3．省分区赛内容：加载符合本命题规定的比赛载荷质量块，在硬质水平地面（例如光滑的水泥地面、水磨石地面或室内标准球赛地板等）的指定赛道上进行比赛，小车需按规定绕过各个障碍。行走绕过的障碍越多，得分越高。每个参赛项目只能出一辆小车参加比赛，每车有二次机会，取二次成绩中最高分作为最终得分。晴天将安排在室外进行，阴雨天安排在室内，通过模拟太阳灯给小车充电1小时，提供能量。

转向轮的制作采用根据原设计图纸和工艺要求，可以选择经计算机三维造型后，使用快速成型机制作、或者采用其他加工方法制造，应提供全部加工过程视频（10分钟内）。以快速成型制作的将适当加分。

4．省分区赛成绩：以小车的结构设计特色、徽标设计、自动行走比赛时的前行距离、提交的报告以及现场问辨情况，根据加权公式计算得出最终比赛得分。

图1：小车示意图

图2：小车在重力势能作用下自动行走示意

附件3

命题3：以重力势能与动能转换驱动的摆-球“永动”器

1．功能设计要求

以单摆重力势能转换为动能驱动小球沿轨道运动，小球沿轨道最高点回落再将单摆打到最高点，摆与球不断转换能量，理论上应该永动（图1），但由于各种阻力，摆与球的运动次数是有限的。要求经过一定的前期准备后，在集中比赛现场完成一套符合本命题要求的摆球“永动器”装置，并进行现场竞争性比赛。每个作品要提交相关的设计、工艺、成本分析和工程管理4项内容。

图1 摆球“永动器”装置示意图

要求总尺寸长不大于120mm,宽不大于40mm，高不大于90mm。材料主要以铝合金，塑料和钢为主。除标准件外，所有零件应该自己设计制造。外壳上至少有反映学生姓名，专业班级的文字，以及学校校徽的图案。图1只是一个概念图，学生可以在上述要求下自行设计装配图和零件。以来回摆动的时间长短评定比赛成绩。

每一个项目需要提交关于作品的设计说明书和工程管理方案、加工工艺方案及成本分析方案报告。每个学校可以选择1-2项，每项目3-4名学生。